CN108662272B - 一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，包括：阀杆，其底部安装一阀瓣；阀座，其顶部与阀瓣底部选择性密封对接，与阀瓣对接的阀座顶部平面上开设一圆环形的集气槽，集气槽开设在阀座顶部外周，集气槽底部开设一引流通道，引流通道通向阀体外；超声发声器，其与引流通道的引出端连接，超声发声器为圆柱形空腔发声结构，超声发声器的圆柱壁面上开设一斜切出气口；至少一个超声波传感器，其设置在斜切出气口的正前方；信号处理模块，其与超声波传感器的输出端连接。本发明装置可实现对泄漏流量下限1.0L/min的小泄漏进行智能监测报警，将安全阀内泄漏失效控制在早期，避免大量泄漏造成的经济损失和安全隐患。

Description

一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置

技术领域

本发明涉及结构部件气密性测试技术领域，具体涉及一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置。

背景技术

安全阀是安装在承压设备和输气管道上的一种自动压力释放装置，为生产系统的最终泄压保护装置，是生产系统安全的最后防线。当承压设备或输气管道内介质压力超过安全阀“起跳”压力时，安全阀会自动开启释放介质，当承压设备或管道内介质压力下降到安全阀的“回座”压力时，安全阀自动闭合，从而保证系统压力维持在一定范围。在流程工业尤其是核电装备中，对安全阀的安全级别和运行可靠性要求极高，要求在任何工况下蒸汽安全阀均必须安全可靠运行。

当承压设备或输气管道内介质压力未超过安全阀“起跳”压力时，要求安全阀阀瓣和阀座构成的密封面不能够发生超过允许程度的介质泄漏。但在工业生产实际中，诸多因素会导致安全阀阀瓣在闭合状态时无法截断通过的流体，从而造成安全阀内泄漏故障。目前市场上主要的蒸汽安全阀的密封面均采用金属材料对金属材料的硬密封形式，以保证其具备良好的耐高温、抗磨损性能，但金属材料构成的硬密封其密封性能相对较差，虽然在加工制造过程中严格要求密封面的表面光洁度但仍难以达到零泄漏。同时安全阀运行过程中阀瓣的多次启闭一定程度上造成密封面的磨损，可能出现内部介质沿密封面微通道流出的情况。

及时准确的判断安全阀密封状态，能够有效避免因介质泄漏造成的能源浪费，同时对于设备的安全可靠运行具有重要意义。目前市场上尚未出现成熟的安全阀内泄漏检测产品，安全阀内泄漏检测主要依赖技术人员在现场肉眼观察和耳朵听声判断。另外，技术人员可以手持冷棒靠近阀瓣和阀座的密封面，此时如有蒸汽泄漏冷棒上会有水珠凝结。但这些方法需要技术人员在现场，存在潜在的操作危险，技术人员在检测过程中如果突然出现大量泄漏或者阀瓣起跳，泄漏出来的高温高压蒸汽以及排放过程中产生的强烈噪声势必会对操作、检测人员造成严重的人身伤害。综上所述，上述安全阀内泄漏检测方法均需要技术人员在现场操作，无法实现远程实时在线监测。

申请公布日2013年12月04日，申请公布号为CN103424230A的中国发明专利申请中，公开了一种“基于超声波的阀门泄漏无线检测装置及方法”，用于储气罐上或者输气管上阀门的泄漏检测，该装置配备多个超声波传感部，当感应到阀门发生气体泄漏时产生超声波时送出相应的泄漏信号及其传感识别码。通讯部接收到泄漏信号能够识别传感识别码，从而判断发生泄漏的阀门编号。该技术方案的优点是装置简单且能识别泄漏阀门的位置。但该技术方案的技术不足是，阀门泄漏产生的超声波信号受泄漏通道的尺寸、形状、泄漏孔前后压差等因素影响较大，同一阀门不同泄漏位置或不同泄漏孔形状发出的超声信号会有很大差别，不具备通用性。由于泄漏产生的超声信号频率不固定，因此该装置配备的超声波传感器需要具有宽频带特性，此类传感器价格普遍较高。另外，宽频带超声传感器灵敏度较低，难以捕捉小流量泄漏产生的超声信号。

授权公布日2015年07月22日，授权公告号为CN204495519U的实用新型专利申请中，公开了 “安全阀的泄漏检测系统”，包括供气装置，与待测安全阀的进气口相连通；第一检测气路，与待测安全阀的外泄口相连通，包括第一气压传感器，用于检测外泄口的气压；第二检测气路，与待测安全阀内泄口相连通，包括第二气压传感器，用于检测内泄口的气压。该技术方案理论上可以实现对安全阀介质泄漏的检测，但是存在以下技术不足：压力传感器需要具备较高的灵敏度同时有需要具备较大的量程以应对阀门开启工况，普通传感器很难满足要求；小泄漏工况引起的压力变化非常微弱，压力传感器很难捕捉到该压力脉动。

授权公布日2017年01月25日，授权公告号为CN205909981U的实用新型专利申请中，公开了 “一种蒸汽安全阀在线泄漏检测装置”。该装置通过在蒸汽安全阀下调节圈上设置超声发声器，在蒸汽安全阀蒸汽出口管道设置超声波探头，设置信号采集器和安装有声波频谱/幅值显示分析软件的计算机，超声波探头信号输出端经信号采集器与计算机的信号输入端对应连接。当蒸汽安全阀发生泄漏时，泄漏的蒸汽流过超声发声器产生一个固定频率的超声波，通过判断固定频率的超声波信号是否明显增强来判断安全阀内泄漏。该装置的优点是装置结构简单，能够实现对安全阀内泄漏的实时在线检测。但该技术方案的技术不足是，小流量泄漏在流经所设计的超声发声器时由于空间增加导致流速降低，难以驱动超声发声器。该技术方案中应用的超声波探头接收频率范围为20KHz～80KHz，且超声波探头安装于安全阀内需要承受一定压力和较高温度，成本较高。

授权公布日2017年07月07日，授权公告号为CN206311285U的实用新型专利申请中，公开了“数字式安全阀内泄漏量检测装置”，包括安全阀排气口、堵板组件、集漏管、流量测试仪、数据采集处理器、电脑、数据库和打印机，安全阀排气口连接堵板组件，集漏管一端连接堵板组件的快速接头，另一端连接流量测试仪的流量测试仪快速接口，流量测试仪与数据采集处理器连接，数据采集处理器与电脑连接。该技术方案可以实现对安全阀介质泄漏的检测，但是存在以下技术不足：蒸汽安全阀内部为高温介质对流量测试仪要求较高；小流量蒸汽检测成本较高，目前检测下限2L/min蒸汽流量计价格在万元以上；安全阀排气口上连接堵板组件影响安全阀泄压排放。

综上所述，上述几种技术方案所涉及的泄漏检测方法虽然理论上能够实现对阀门泄漏的检测，但其自身存在的技术不足使其使用条件和适用范围受到了一定的限制。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明的目的是针对安全阀内泄漏检测现有的技术不足，提供一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，当蒸汽安全阀出现介质泄漏时，超声发声器能够发出特定频率的超声信号，超声波传感器捕捉到该特征信号后送至基于DSP的超声信号采集处理模块，DSP超声信号采集处理模块对特征信号分析处理即可实现泄漏有无的检测，DSP超声信号采集处理模块同时具备与主机进行远程通信、向手机推送报警信息及拨打语音电话报警等远程监测功能。使用前通过标定超声波传感器信号总声压级OSPL与泄漏流量关系，即可推导出泄漏产生超声信号总声压级OSPL对应的泄漏流量。该装置可实现对泄漏流量下限1.0L/min的小泄漏进行智能监测报警，将安全阀内泄漏失效控制在早期，避免大量泄漏造成的经济损失和安全隐患。

为了实现根据本发明的这些目的和其他优点，提供了一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，包括：

阀杆，其通过一弹簧活动安装在阀盖中，所述阀杆底部安装一阀瓣；

阀座，其顶部与所述阀瓣底部选择性密封对接，与所述阀瓣对接的所述阀座顶部平面上开设一圆环形的集气槽，所述集气槽开设在所述阀座顶部外周，所述集气槽底部开设一引流通道，所述引流通道通向所述阀体外；

超声发声器，其与所述引流通道的引出端连接，所述超声发声器为圆柱形空腔发声结构，所述超声发声器的圆柱壁面上开设一斜切出气口；

至少一个超声波传感器，其设置在所述斜切出气口的正前方；以及

信号处理模块，其与所述超声波传感器的输出端连接。

优选的，所述安全阀为弹簧式蒸汽安全阀，所述弹簧式蒸汽安全阀至少包括阀盖、阀体、阀座、阀瓣、阀杆、弹簧座、弹簧、出口法兰、蒸汽出口管道以及上、下调节圈，所述阀座和阀瓣构成金属材料对金属材料的硬密封面结构。

优选的，所述阀瓣底部外径与所述阀座顶部外径一致，所述阀瓣通过所述弹簧和阀杆对齐压合在所述阀座顶部。

优选的，所述集气槽同心开设在所述阀座顶部，且所述集气槽外径与阀座外径相差1mm~2mm，所述集气槽的口径为1mm~3mm、口径深30mm~50mm，所述引流通道的出口外直径为3mm~5mm。

优选的，所述阀座顶部采用双密封面结构，所述阀座密封面包括位于所述集气槽内侧的内密封面以及位于所述集气槽外侧的外密封面。

优选的，所述超声发声器固定在一外置的隔音箱中间，且所述斜切出气口正对所述隔音箱壁面安装，所述隔音箱壁面上附着吸音棉，所述引流通道的引出端贯穿所述隔音箱顶部与所述超声发声器连接；所述隔音箱顶部还设置有一气体回流管路，其连接至所述安全阀的蒸汽出口管道内。

优选的，所述超声发声器的腔体内径为2.5mm~2.8mm、壁厚0.5mm~2.0mm；距离所述超声发声器的气体入口10mm~12mm位置处沿径向开一斜切出气口，所述斜切出气口的径向深度为2.35mm±0.5mm、径向切边与斜切边间的夹角为60°~65°，所述斜切出气口指向进气口反向；所述超声发声器的腔体内距离所述气体入口3mm~5mm位置处设置一挡块，所述挡块为“优弧弓形柱”结构，所述挡块直径与所述超声发声器的腔体内径相同且与所述斜切出气口径向切边对齐，所述挡块的长度位5mm~7mm、弓高1.5mm~1.9mm，所述挡块的弦所在平面面向斜切出气口。

优选的，所述隔音箱内壁面上间隔安装有25KHz±1KHz和32.7KHz±1KHz两个超声波传感器，所述超声波传感器安装在所述斜切出气口正前方且距离超声发声器轴线100mm～300mm位置处。

优选的，所述信号处理模块安装在所述隔音箱外壁面上，且所述信号处理模块外周通过防电磁干扰层封装。

优选的，所述信号处理模块通过通讯模块与远程监测设备通信连接。

与现有技术相比，本发明包含的有益效果在于：

1.本技术方案中，在蒸汽安全阀密封面采用双密封面设计，阀座密封面包括内密封面、外密封面，在内、外密封面间设置圆环状集气槽，并通过引流通道外接至超声发声器入口，此设计可以保证安全阀在泄漏状态时，全部泄漏介质优先流入引流通道并驱动超声发声器，因此该技术方案在较小泄漏流量时就能发出较强的超声信号；

2.双密封面设计，内、外密封面间设置圆环状集气槽，并通过引流通道外接至超声发声器，且超声发声器流出的介质通过外置隔音箱气体回流管路连接至所述安全阀蒸汽出口管道内，构成闭合回路，该技术方案对安全阀整定压力影响小，且可调整至ASME标准要求整定压力范围；

3.超声发声器的特殊结构设计能够保证泄漏介质在25KHz频率附近产生声波波谷、32.7KHz频率附近产生声波波峰且流量变化仅改变波峰波谷幅值而不会造成波峰波谷频率的移动，且发生泄漏时32.7KHz频率附近的超声信号明显强于25KHz频率附近的超声信号；该技术方案发生介质泄漏时，泄漏信号具有明显区别与噪声信号的频率特征，识别精确度高；

4．本发明只需采用2个不同波段的超声波传感器即可完成对安全阀泄漏源的监测，避免现有技术中通常采用全频段的超声波传感器来采集超声泄漏信号，大幅度减小了检测装置的成本。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中双密封面结构示意图；

图3是超声发声器的立体图；

图4是超声发声器的主视图；

图5是超声发声器的后视图；

图6是超声发声器的右视图；

图7是超声发声器的俯视图；

图8是超声发声器的仰视图；

图9为安装超声发声器和未安装超声发声器时安全阀泄漏声波信号频谱曲线图；

图10为内径2.5mm、2.6mm、2.7mm和2.8mm四组超声发声器在1.5L/min泄漏量时声波信号频谱曲线图；

图11为安全阀未泄漏时本底噪声信号频谱图；

图12为标定32.7KHz±1KHz频率范围总声压级OSPL与介质泄漏量关系视图；

图中：0为阀杆，1为弹簧座，2为弹簧，3为阀瓣，4为导向套，5为上调节圈，6为集气槽，7为下调节圈，8为阀体，9为阀座，10为引流通道，11为吸音棉，12为超声发声器，121为超声发声器第一段L1中的内腔体，122为超声发声器第二段L2上的挡块，123为超声发声器第三段L3中的内腔体，124为斜切出气口，13为外置隔音箱，14为外密封面，15为内密封面，16为气体回流管路，17为25KHz±1KHz超声波传感器，18为32.7KHz±1KHz超声波传感器，19为DSP超声信号采集处理模块，20为远程监测设备，21为出口法兰，22为蒸汽出口管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施。

如图1-8所示，本发明提供了一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，主要由安全阀部分、超声发声器部分、DSP信号采集处理模块和远程监测设备四部分组成。安全阀部分实现泄漏收集功能并与超声发声器相连，超声发声器用于产生特定频率的超声信号，DSP超声信号采集处理模块对超声信号分析处理，并通过通讯模块与远程监测设备连接实现远程监测。

蒸汽安全阀安装在蒸汽管道上，蒸汽安全阀包括阀杆0、阀盖、弹簧座1、弹簧2、阀瓣3、导向套4、上调节圈5、下调节圈7、阀体8、阀座9、出口法兰21和蒸汽出口管道22等；下调节圈7通过螺纹套装固定在所述阀座9外周上，所述阀瓣3底部外径与所述阀座9顶部外径一致，所述阀瓣3通过所述弹簧2和阀杆0对齐压合在所述阀座9顶部。具体的，阀瓣3与阀座9构成金属材料对金属材料的硬密封面结构，被压缩的弹簧2产生预紧力，通过弹簧座1传递给阀杆0，使阀瓣3和阀座9之间产生压紧力，从而实现密封。

阀座9上密封面采用双密封面设计，阀座密封面包括外密封面14、内密封面15，在外密封面14、内密封面15间设置宽度1mm~3mm、深度1mm~3mm的圆环状集气槽6，所述集气槽6开设在所述阀座9顶部外周，且所述集气槽6外径与阀座9外径相差1mm~2mm。集气槽6底部引流通道10口径1mm~3mm、口径深30mm~50mm，引流通道10出口径外直径3mm~5mm且通向阀体9外。密封面改造设计后，对蒸汽安全阀热态试验装置进行阀门动态性能试验，保证改造后结构对安全阀启闭特性的影响在允许范围内。

本技术方案中，在蒸汽安全阀密封面采用双密封面设计，阀座密封面包括内密封面、外密封面，在内、外密封面间设置圆环状集气槽，并通过引流通道外接至超声发声器入口，此设计可以保证安全阀在泄漏状态时，全部泄漏介质优先流入引流通道并驱动超声发声器，因此该技术方案在较小泄漏流量时就能发出较强的超声信号。

所述超声发声器部分包括超声发声器12、外置隔音箱13、气体回流管路16等；其中，如图3-8所示，超声发声器12为圆柱形空腔发声结构，腔体内径2.5mm~2.8mm、壁厚0.5~2.0mm；在距离进气入口端10mm~12mm位置沿径向开一斜切出气口124，径向深度2.35mm±0.5mm、径向切边与斜切边之间的夹角为60°~65°指向进气口反向；在腔体内距离进气入口端3mm~5mm位置设置一挡块122，挡块为“优弧弓形柱”结构直径与腔体内径相同且与斜切出气口124径向切边对齐，柱体长度位5mm~7mm、弓高1.5mm~1.9mm，弦所在平面面向斜切出气口124。

本实施例中，超声发声器12分为三段，包括相互连接的第一段L1、第二段L2和第三段L3，第一段L1、第二段L2和第三段L3外径一致，挡块设置在第二段L2中，斜切出气口124设置在第三段L3上。

引流通道10通过管路延伸至外置隔音箱13内与超声发声器12气体入口连接，超声发声器12放置在外置隔音箱13正中间，隔音箱13壁面附着吸音棉11；外置隔音箱13设置有气体回流管路16连接至所述安全阀蒸汽出口管道22内。

具体的，所述超声发声器12的材质为奥氏体不锈钢或者黄铜合金；所述超声发声器12所产生的超声波信号的特征频率仅与超声发声器12结构尺寸有关；所述超声发声器12在25KHz频率附近产生声波波谷、32.7KHz频率附近产生声波波峰且流量变化仅改变波峰波谷幅值而不会造成波峰波谷频率的移动，即发生泄漏时32.7KHz频率附近的超声信号明显强于25KHz频率附近的超声信号。

所述两个超声波传感器固定外置隔音箱内，安装位置在超声发声器斜切出气口正前方且距离超声发声器轴线最佳距离为100mm～300mm位置处；所述DSP超声信号采集处理模块安装在外置隔音箱外壁面，且进行防电磁干扰封装。

所述DSP超声信号采集处理模块包括：超声信号采集模块、DSP处理器模块、通讯模块等；其中超声信号采集模块包括25KHz±1KHz超声波传感器17和32.7KHz±1KHz超声波传感器18两个超声波传感器、高通滤波、一级放大电路、带通滤波电路、二级放大电路和跟随电路等，本发明只需采用2个不同波段的超声波传感器即可完成对安全阀泄漏源的监测，避免现有技术中通常采用全频段的超声波传感器来采集超声泄漏信号，大幅度减小了检测装置的成本。高通滤波实现对环境噪声滤除，一级放大电路对超声波传感器采集的超声信号进行放大，带通滤波保证超声信号频率范围在25KHz±1KHz和32.7KHz±1KHz之间，二级放大电路实现A/D转换输入信号的要求，跟随电路实现信号的稳定输出；DSP处理器模块功能包括超声信号A/D转换、25KHz±1KHz和32.7KHz±1KHz两组超声波传感器信号总声压级OSPL比较、根据信号总声压级OSPL与泄漏流量关系，计算泄漏产生超声信号总声压级OSPL对应的泄漏流量；通讯模块实现DSP超声信号采集处理模块与主机进行远程通信、向手机推送报警信息及拨打语音电话报警等远程监测功能。

超声发声器的特殊结构设计能够保证泄漏介质在25KHz频率附近产生声波波谷、32.7KHz频率附近产生声波波峰且流量变化仅改变波峰波谷幅值而不会造成波峰波谷频率的移动，且发生泄漏时32.7KHz频率附近的超声信号明显强于25KHz频率附近的超声信号；该技术方案发生介质泄漏时，泄漏信号具有明显区别与噪声信号的频率特征，识别精确度高。

超声发声器12斜切出气口124正对壁面安装，25KHz±1KHz超声波传感器17、32.7KHz±1KHz超声波传感器18安装在超声发声器12斜切出气口124正前方且距离超声发声器12最佳距离为100mm～300mm，外置隔音箱13内壁面附着吸音棉11，外置隔音箱13设置气体回流管路16使超声发声器12流出的气体回流至蒸汽出口管路22。

本发明中，双密封面设计，接合在内、外密封面间设置圆环状集气槽，并通过引流通道外接至超声发声器，且超声发声器流出的介质通过外置隔音箱气体回流管路连接至所述安全阀蒸汽出口管道内，构成闭合回路，该技术方案对安全阀整定压力影响小，且可调整至ASME标准要求整定压力范围。

蒸汽安全阀发生介质泄漏时超声发声器12产生超声信号，超声波传感器17和超声波传感器18捕捉到泄漏产生的超声信号并输送至DSP超声信号采集处理模块19；DSP超声信号采集处理模块19完成对超声信号的滤波、放大，对超声波传感器17和超声波传感器18输出的超声信号总声压级OSPL进行比较，并根据超声信号总声压级OSPL与泄漏流量关系，计算泄漏产生的超声信号总声压级OSPL对应的泄漏流量；DSP超声信号采集处理模块19中集成的通讯模块可以实现DSP超声信号采集处理模块19与远程监测设备20通讯，向远程主机、手机等推送报警信息及拨打语音电话报警。

本实施例中，集气槽6宽度1mm、深度1mm，与集气槽6底部连通的引流通道10的开设口径为1mm，引流通道10口径深50mm，引流通道10出口外直径为5mm并通向阀体外。超声发声器12为圆柱形空腔发声结构，超声发声器12外径为4.7mm，第一段L1和第三段L3腔体内径2.7mm、壁厚1mm；第一段L1为5mm、第二段L2为7mm、第三段L3为8mm，距离气体入口12mm位置沿径向开一斜切出气口124，斜切出气口124径向深度2.35mm、径向切边与斜切边之间的夹角为62°指向进气口反向；腔体内距离气体入口5mm位置设置一挡块，挡块为“优弧弓形柱”结构，“优弧弓形柱”直径2.7mm、柱体长度7mm、弓高1.9mm，弦所在平面面向斜切出气口。

如图9所示，B&K 4135传声器测的得超声发声器12在泄漏流量1L/min和2L/min时声压级频域信号。超声发声器12产生的超声信号在25KHz频率附近为声波波谷、在32.7KHz频率附近为声波波峰且流量由1L/min增加至2L/min时仅波峰波谷幅值发生改变而波峰波谷频率没有发生移动，且32.7KHz频率附近的超声信号明显强于25KHz频率附近的超声信号。

且从图中可看出未安装超声发声器和安装超声发生器对接收信号的区别，由此可见，安装本发明的安装超声发生器后，可以有效接收到安全阀的泄漏噪声信号，以此判断出安全阀是否发生泄漏、泄漏流量是多少。

如图10所示，为了对比超声发声器12不同内径对接收信号的区别，本发明做了一组对比实施例：腔体内径分别为2.5mm、2.6mm、2.7mm和2.8mm四组超声发声器在1.5L/min泄漏量时声波信号频谱曲线。超声发声器内径为2.6mm和2.7mm时，声波信号在25KHz频率附近产生声波波谷、在32.7KHz频率附近产生声波波峰，且波峰波谷声压级差10dB左右,特征易识别。超声发声器内径为2.5mm和2.8mm时在25KHz频率附近产生声波波谷、在32.7KHz频率附近产生声波波峰，但声波波谷声压级差在5dB以内，相比内径2.6mm和2.7mm时波峰波谷特征相对较难识别。当超声发声器腔体内径不在上述范围内时，产生的声波信号频谱曲线没有上述特征。由此，优选采用腔体内径为2.7mm的超声发声器。

如图11所示，安全阀未发生泄漏时的噪声信号的频率特性，在超声段20KHz以上为广谱信号，信号声压级与泄漏信号差值较大且没有明显特征值。

如图12所示，标定流量下32.7KHz±1KHz频率范围OSPL与泄漏流量关系，由此可推导出泄漏产生的超声信号总声压级OSPL对应的泄漏流量，当采集到超声信号总声压级时，即可获知对应的泄漏流量。

综上，超声发声器的特殊结构设计能够保证泄漏介质在25KHz频率附近产生声波波谷、32.7KHz频率附近产生声波波峰且流量变化仅改变波峰波谷幅值而不会造成波峰波谷频率的移动，且发生泄漏时32.7KHz频率附近的超声信号明显强于25KHz频率附近的超声信号；该技术方案发生介质泄漏时，泄漏信号具有明显区别与噪声信号的频率特征，识别精确度高； 而现有技术中，通常通过第一阶波峰和全波段总声压级来测定泄漏信号，而第一阶波峰位置会有偏移、全波段总声压级会受到背景噪声等影响，导致现有技术的测定结果不精确。

由实施例可以得出，当蒸汽安全阀发生介质泄漏时，超声发声器可以在25KHz频率附近产生声波波谷、在32.7KHz频率附近产生声波波峰且流量变化仅改变波峰波谷幅值而波峰波谷频率没有发生移动，且32.7KHz频率附近的超声信号明显强于25KHz频率附近的超声信号。DSP超声信号采集处理模块能够识别该信号，并可以在介质泄漏时进行数据远程传输报警。通过标定32.7KHz±1KHz超声信号总声压级OSPL与泄漏流量关系，即可推导出泄漏产生超声信号总声压级OSPL对应的泄漏流量，经试验验证，本技术方案可以识别泄漏流量为1.0L/min的微小泄漏。

与现有的安全阀内泄漏监测方法相比，本发明“基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置”可以实现对小流量泄漏的监测，且具有远程、安全、实时在线监测的优点。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易的实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，包括：

阀杆，其通过一弹簧活动安装在阀盖中，所述阀杆底部安装一阀瓣；

阀座，其顶部与所述阀瓣底部选择性密封对接，与所述阀瓣对接的所述阀座顶部平面上开设一圆环形的集气槽，所述集气槽开设在所述阀座顶部外周，所述集气槽底部开设一引流通道，所述引流通道通向阀体外；

超声发声器，其与所述引流通道的引出端连接，所述超声发声器为圆柱形空腔发声结构，所述超声发声器的圆柱壁面上开设一斜切出气口；

至少一个超声波传感器，其设置在所述斜切出气口的正前方；以及

信号处理模块，其与所述超声波传感器的输出端连接。

2.如权利要求1所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述安全阀为弹簧式蒸汽安全阀，所述弹簧式蒸汽安全阀至少包括阀盖、阀体、阀座、阀瓣、阀杆、弹簧座、弹簧、出口法兰、蒸汽出口管道以及上、下调节圈，所述阀座和阀瓣构成金属材料对金属材料的硬密封面结构。

3.如权利要求1所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述阀瓣底部外径与所述阀座顶部外径一致，所述阀瓣通过所述弹簧和阀杆对齐压合在所述阀座顶部。

4.如权利要求3所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述集气槽同心开设在所述阀座顶部，且所述集气槽外径与阀座外径相差1mm～2mm，所述集气槽的口径为1mm～3mm、口径深30mm～50mm，所述引流通道的出口外直径为3mm～5mm。

5.如权利要求4所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述阀座顶部采用双密封面结构，所述阀座的密封面包括位于所述集气槽内侧的内密封面以及位于所述集气槽外侧的外密封面。

6.如权利要求2所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述超声发声器固定在一外置的隔音箱中间，且所述斜切出气口正对所述隔音箱壁面安装，所述隔音箱壁面上附着吸音棉，所述引流通道的引出端贯穿所述隔音箱顶部与所述超声发声器连接；所述隔音箱顶部还设置有一气体回流管路，其连接至所述安全阀的蒸汽出口管道内。

7.如权利要求1所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述超声发声器的腔体内径为2.5mm～2.8mm、壁厚0.5mm～2.0mm；距离所述超声发声器的气体入口10mm～12mm位置处沿径向开一斜切出气口，所述斜切出气口的径向深度为2.35mm±0.5mm、径向切边与斜切边间的夹角为60°～65°，所述斜切出气口指向进气口反向；所述超声发声器的腔体内距离所述气体入口3mm～5mm位置处设置一挡块，所述挡块为“优弧弓形柱”结构，所述挡块直径与所述超声发声器的腔体内径相同且与所述斜切出气口径向切边对齐，所述挡块的长度位5mm～7mm、弓高1.5mm～1.9mm，所述挡块的弦所在平面面向斜切出气口。

8.如权利要求6所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述隔音箱内壁面上间隔安装有25KHz±1KHz和32.7KHz±1KHz两个超声波传感器，所述超声波传感器安装在所述斜切出气口正前方且距离超声发声器轴线100mm～300mm位置处。

9.如权利要求8所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述信号处理模块安装在所述隔音箱外壁面上，且所述信号处理模块外周通过防电磁干扰层封装。

10.如权利要求9所述的基于超声固频设计的安全阀内泄漏在线监测装置，其特征在于，所述信号处理模块通过通讯模块与远程监测设备通信连接。